Химия и
химические технологии/7. Неорганическая химия
К.х.н.,
доцент Телеш А.Д.
Таганрогский
политехнический институт – филиал ДГТУ, Россия
Восстановление железа
(III) в сульфатных растворах, полученных при сернокислотном разложении
алюминийсодержащего минерального сырья
Одним из сложных переделов, который сдерживает широкое использование сернокислотного разложения алюминийсодержащего минерального сырья для получения глинозёма является разделение сульфатов алюминия и железа [1]. Одним из наиболее технологичных методов такого разделения является высокотемпературный гидролиз с получением водородного алунита H2[Al6(SO4)4(OH)12]. В автоклавных условиях сульфат железа (III) также гидролизуется и загрязняет водородный алунит гидратированным оксидом железа Fe2O3·nH2O. Сульфат железа (II) в этих же условиях, напротив, гидролизу не подвергается и остается в растворе, что позволяет получить чистый по железу водородный алунит, а из него металлургический глинозём. Таким образом, для достижения необходимой степени разделения требуется перевести Fe3+ в Fe2+. Раствор сульфата железа (II) может быть использован для попутного получения товарного реагента для очистки воды.
Процесс восстановления может быть проведён различными путями, но наиболее интересным является применение алюминиевой стружки [2]. Преимущества метода очевидны – повышается концентрация Al2O3 в технологических растворах, не вносятся посторонние примеси, не используются ядовитые и горючие газы. Тем не менее, алюминиевая стружка является довольно дорогим и не часто встречающимся отходом производства. Поэтому нами предлагается в качестве восстановителя применять железную стружку, образующуюся при обработке нелегированных сталей, например, стали-3. При сохранении преимуществ использования алюминиевой стружки, железная стружка более доступна и имеет значительно меньшую стоимость.
Эксперименты проводились по следующей методике: в термостатируемую ячейку,
снабжённую обратным холодильником и электрической мешалкой, помещался раствор,
полученный при выщелачивании боксита серной кислотой, следующего состава, г/л: Al2O3 – 68,57; Fe2O3 – 12,77; FeO – 5,03; H2SO4 – 66,15. Далее раствор
нагревался до заданной температуры, и в ячейку опускалось стехиометрическое
количество железной стружки. Через определённые промежутки времени производился
отбор проб для определения содержания основных компонентов в растворе.
Некоторые полученные результаты представлены на рис. 1.
Степень восстановления железа (III) при 100 оС составляет ~ 55 %, т.е. примерно столько же, сколько при 60 оС. Дальнейшего роста степени восстановления с увеличением продолжительности процесса при 100 оС не происходит по причине полного растворения стружки. Таким образом, примерно половина от взятого для опыта количества стружки идёт не на восстановление железа, а на выделение водорода, вследствие чего процесс нельзя считать эффективным. При 80 оС степень восстановления через 1 час от начала опыта приближается к 70 %, а стружка расходуется на 80 %, т.е. используется в основном по прямому назначению. Выделение водорода происходит менее интенсивно. Проведение процесса при 60 оС способствует эффективности использования стружки, при этом степень и скорость восстановления недостаточная.
В отношении эффективности использования стружки по прямому назначению показателен рис.1 б, на котором приведена зависимость остаточной концентрации серной кислоты от времени и температуры. Поскольку при 100 оС и при 60 оС степень восстановления спустя 1 час практически одинакова, а концентрация серной кислоты снижается в первом случае с 66 до 45 г/л, а во втором случае с 66 до 65 г/л, очевидно, что при 60 оС большая часть металлического железа используется для перевода Fe3+ в Fe2+.
В связи с выше изложенным, можно предложить наиболее оптимальные условия восстановления: температура – 80 оС, количество железной стружки 120-130 % от стехиометрически необходимого, продолжительность процесса – 120 мин. В указанных условиях была проведена серия опытов, в ходе которой степень восстановления достигла уровня 98-100 %.
Литература:
1. Сыздыкова А.О. Разработка
сернокислотной технологии комплексной переработки бокситов Северного Казахстана:
автореф. дис... канд. тех. наук. – М., 1992. – 28 с.
2. Запольский А.К. Сернокислотная
переработка высококремнистого алюминиевого сырья. – Киев.: Наукова думка, 1981.
– 208 с.